新型电力系统下绿色电工材料和智能电工装备技术探索

  今年5月，南方电网公司发布的《南方电网公司建设新型电力系统行动方案白皮书》精确指出，将实施创新驱动战略，推动新型电力系统上下游各环节高水平质量的发展，全面建设安全、可靠、绿色、高效、智能的现代化电网，确保电网安全和电力可靠供应，助力碳达峰碳中和目标实现。

  电工材料涉及从能源到国防、从工业到民用的广泛领域，为电气设备的功能实现提供了必要保障。“双碳”目标要求构建以新能源为主体的新型电力系统，以传统电工材料为基础的电力设备因生产制备能耗、性能以及环境友好性，不足以满足高比例新能源电力系统和绿色低碳的需求。因此，开发低成本、高性能、环境友好的绿色电工材料，并基于此研发智能互动、安全可控的电工装备，不仅能促进电力系统绿色低碳化的发展进程，保证电能生产、转换以及传递过程的高效性和安全性，助力增强新型电力系统的可靠性，而且对提升我国未来电气装备的自主创造新兴事物的能力和整体水平至关重要。

  传统电工材料主要是指绝缘、导电和导磁材料，在高比例新能源接入的新型电力系统中，储能材料也成为了关键电工材料之一。针对绿色低碳、高效可靠的基本理念，以热塑性固体绝缘替代热固性绝缘，以环境友好气体替代SF6气体，以无溶剂绝缘生产的基本工艺替代含溶剂生产的基本工艺，是绿色在允许电压下不导电的材料领域主要发展趋势。

  在导电材料方面，高电导率、高耐热及高机械强度是主要目标，因此该领域的研究主要从材料高纯化、材料合金化及材料复合化等角度展开。导磁材料则呈现“高频率、高磁密、低损耗”及“轻质、微型化、多功能”两种发展模式并存的格局，主要朝向具有高磁感、高电阻率、高机械性能的软磁材料和具有高磁能密度、高居里温度的永磁材料等方向发展。储能材料作为引领能源行业变革的关键材料，主要发展趋势包括新型电介质薄膜材料、电化学储能电极材料、电解质材料、隔膜材料等，重点突破高能量密度、安全、绿色以及低成本的瓶颈。

  随着新能源接入和能源互联网深度发展，电工装备朝向高电压、小型化、高可靠性、智能化方向发展。为满足新型电力系统交直流混合、高电压长距离输电需求，电工装备研究主要涉及超短时大容量开断技术、超特高压套管及换流变分接开关等短板技术、电工装备低碳化技术、可靠高效的多端混合直流输电及多电压等级直流组网技术、高端交直流电缆和环保型管道输电技术、基于新型电力电子功率器件的电网柔控装备研发及输变电装备智能设计与可靠性研究等。

  同时，新型电力系统对电工装备提出了广泛互联、安全可控的要求，因此电工装备全景信息感知也是其智能化的必要条件之一。目前，该领域研究的热点大多分布在在设备绝缘状态在线监测理论和方法及温度、压力、气体浓度等非电量的传感与在线监测技术等方面。

  绿色电工材料的研究前沿应布局一批面向未来电网、能源互联网等发展需要的新型绝缘、导电、导磁及储能材料。在允许电压下不导电的材料主要围绕高强度、低温室效应、可降解、易回收及自修复能功能展开，从分子结构及材料构型的角度分别设计并研发纳米复合、热塑可回收、高导热、耐候性强的固体在允许电压下不导电的材料、生物质可降解的液体在允许电压下不导电的材料及绝缘、灭弧、生物安全、环境友好等综合性能优异的气体在允许电压下不导电的材料。导电材料需从高强铝合金导线、高导耐热铝合金导线、高性能铝基复合输电导体及低温超导材料等领域展开研究，促进新型节能输电线缆材料的发展。针对导磁材料，应从物理本质的角度加强材料磁化机理的研究，从特性应用的角度加强材料磁稳定性研究，并进一步深入磁性材料尽限应用技术探讨研究。储能材料则需实现高温储能聚合物介质薄膜批量制备技术，推动高能量密度、低成本、长寿命、安全动力电池的关键材料升级换代。

  探索智能电工装备的研究前沿，应紧密围绕推进更大容量电能输送、柔性直流输电、分频输电等关键技术需求，同时进一步深入研究电工装备运作时的状态的全景感知技术实现智能运维。可重点围绕自取能、高精度、高可靠性、强抗干扰、非侵入式智能传感和测量发展趋势，结合现代数学、现代信号分析技术的抗干扰理论及技术实现设备综合数据的可视化，提高电力设备的状态感知水平和信息交互水平。

  实施新型电力系统下绿色电工材料和智能电工装备技术探索研究，围绕新型电力系统“绿色高效、智能互动、安全可控”的基本特点，推动绿色电工材料和智能电工装备发展，将逐步降低电网企业自身的碳排放水平、提升电力设施安全稳定性，带动上下游产业链绿色发展，为新型电力系统建设奠定基础，切实支撑国家“双碳”目标实现。

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